本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床，尤其涉及一種三維切削力作用下的機(jī)床工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)控機(jī)床在復(fù)雜工況下工作，會(huì)受切削分力的影響，將產(chǎn)生切削力誤差。且在機(jī)床制造和裝配過(guò)程中，存在幾何誤差，為補(bǔ)償這些誤差，通常需要進(jìn)行分開測(cè)量和疊加處理。然而，這種處理方式難以在綜合誤差測(cè)量中建立力與機(jī)床定位誤差之間的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。由切削力引起的誤差表現(xiàn)為機(jī)床受力狀態(tài)下的誤差，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差的直接測(cè)量，需要使機(jī)床承受一定的載荷。數(shù)控機(jī)床復(fù)雜工況下，多因素綜合影響下數(shù)控工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差模型的核心目標(biāo)在于建立由切削力大小、運(yùn)動(dòng)速度和位置等因素與工作臺(tái)定位誤差之間的映射關(guān)系。由于機(jī)床所受的空間載荷是復(fù)雜的，有必要設(shè)計(jì)一套三維切削力作用下的機(jī)床工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床xy工作臺(tái)在切削力作用下的多因素動(dòng)態(tài)定位誤差的直接測(cè)量。進(jìn)一步提高工作臺(tái)的定位精度和加工精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種三維切削力作用下的機(jī)床工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

2、本發(fā)明提出的一種三維切削力作用下的機(jī)床工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)架以及安裝在所述機(jī)架上的工作臺(tái)，所述機(jī)架上還設(shè)有x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)所述工作臺(tái)沿x方向移動(dòng)，所述y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)所述工作臺(tái)沿y向移動(dòng)，所述工作臺(tái)上設(shè)有載荷座，所述載荷座上放置有載荷以模擬工作臺(tái)在豎直方向受的切削力；

3、所述機(jī)架上橫向轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有固定滑輪，還包括柔性繩，所述柔性繩的一端固定在所述載荷座上，所述柔性繩的另一端繞過(guò)所述固定滑輪后懸掛有質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊的高度低于所述工作臺(tái)的高度，所述質(zhì)量塊通過(guò)所述固定滑輪和所述柔性繩的對(duì)所述載荷座拉伸模擬所述載荷座在x方向切削力和/或y方向切削力，所述質(zhì)量塊的重力在x方向和y方向的分解就是載荷座在x方向切削力和y方向切削力；

4、所述機(jī)架上設(shè)有用于檢測(cè)所述工作臺(tái)位移的激光干涉儀；

5、還包括上位機(jī)，所述激光干涉儀與所述上位機(jī)連接并將其檢測(cè)的所述工作臺(tái)的位移量傳輸至所述上位機(jī)。

6、優(yōu)選地，所述x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和/或所述y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

7、優(yōu)選地，所述固定滑輪包括x向固定滑輪和y向固定滑輪，所述柔性繩包括x向柔性繩和y向柔性繩，所述x向柔性繩的一端固定在所述載荷座上，所述x向柔性繩的另一端繞過(guò)所述x向固定滑輪后懸掛有x向質(zhì)量塊；所述y向柔性繩的一端固定在所述載荷座上，所述y向柔性繩的另一端繞過(guò)所述y向固定滑輪后懸掛有y向質(zhì)量塊。

8、優(yōu)選地，還包括安裝在所述機(jī)架上的x向支架和y向支架，所述x向固定滑輪安裝在所述x向支架上，所述x向固定滑輪安裝在所述x向支架上，所述x向支架和所述y向支架在所述機(jī)架上的位置可調(diào)。

9、優(yōu)選地，所述x向固定滑輪和所述y向固定滑輪位于所述工作臺(tái)相對(duì)的兩側(cè)?！?/p>

10、優(yōu)選地，所述機(jī)架包括面板以及安裝在所述面板下方的支撐柱，所述支撐柱至少設(shè)有三根，每根所述支撐柱的高度可調(diào)。

11、優(yōu)選地，所述上位機(jī)內(nèi)安裝有capture數(shù)據(jù)誤差采集軟件。

12、優(yōu)選地，所述激光干涉儀包括激光頭和安裝在所述機(jī)架上的干涉鏡，也包括安裝在所述載荷座上的反射鏡，所述激光頭、所述干涉鏡和所述反射鏡處于同一水平面且共線，且共線的方向與所述工作臺(tái)上層的移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向平行。

13、一種三維切削力作用下的機(jī)床工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，包括上述的裝置，通過(guò)在柔性繩的末端懸掛質(zhì)量塊通過(guò)柔性繩在載荷座x方向和y方向分解的力模擬載荷座的在x方向和y方向的切削力，改變x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度、質(zhì)量塊的大小或工作臺(tái)不同位置并用激光干涉儀測(cè)量工作臺(tái)的位移誤差，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)上層移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)定位誤差影響。優(yōu)選地，可以通過(guò)在載荷座上放置載荷模擬豎直方向的切削力。

14、三維切削力作用下的機(jī)床工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，方案設(shè)計(jì)包括以下：數(shù)控機(jī)床復(fù)雜工況下，多因素綜合影響下數(shù)控工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差模型的核心目標(biāo)在于建立由切削力大小、運(yùn)動(dòng)速度和位置等因素與工作臺(tái)定位誤差之間的映射關(guān)系?？紤]機(jī)床xy工作臺(tái)在不同切削力、不同速度、不同位置(xy移動(dòng)機(jī)構(gòu)的空間位置(工作臺(tái)的空間位置)及切削點(diǎn)位置)下對(duì)工作臺(tái)上層移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)定位誤差影響，需要xy工作臺(tái)在各種特定情況下的動(dòng)態(tài)定位誤差數(shù)據(jù)，使用xl-80激光干涉儀和定制滑輪組用于測(cè)量工作臺(tái)在不同條件下的動(dòng)態(tài)誤差數(shù)據(jù)。研究切削力與誤差之間的關(guān)系，使用不同重量的質(zhì)量塊(質(zhì)量塊可以是砝碼)來(lái)模擬切削力的變化，通過(guò)改變不同速度和不同作用點(diǎn)位置，通過(guò)間隔采樣，得到不同切削力大小、不同運(yùn)動(dòng)速度、不同作用點(diǎn)位置下數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)定位誤差數(shù)據(jù)。具體步驟為：

15、s1：改變切削力的大小，其余不變：

16、實(shí)驗(yàn)中在工作臺(tái)上的載荷座放置載荷(可以是砝碼)，以載荷的重力來(lái)模擬垂直切削力為fz?n，用柔性繩的一端(可以為細(xì)鐵絲)固定工作臺(tái)上的載荷，依次穿過(guò)定滑輪并在柔性繩的末端掛上質(zhì)量塊，以質(zhì)量塊重力來(lái)模擬機(jī)床實(shí)際加工時(shí)x軸和y軸所受的切削力，默認(rèn)x軸向切削力fx和y徑向切削力fy的計(jì)算公式為fx＝0.5*fz，fy＝0.4*fz來(lái)代替機(jī)床所受切削力的大小，通過(guò)改變x、y柔性繩末端質(zhì)量塊的重力大小可以簡(jiǎn)單方便的模擬機(jī)床實(shí)際所受的三維切削力的變化，改變切削力大小，其余不變，用激光干涉儀可以測(cè)得在不同切削力大小時(shí)的動(dòng)態(tài)定位誤差數(shù)據(jù)。

17、s2:改變速度大小，其余不變

18、用運(yùn)動(dòng)控制卡對(duì)x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行編程，以控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，使工作太做單軸運(yùn)動(dòng)，x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度為vmm/s，通過(guò)電腦編程改變速度，其余不變，用激光干涉儀測(cè)得在不同速度時(shí)的動(dòng)態(tài)定位誤差數(shù)據(jù)。

19、s3：改變不同空間位置，其余不變

20、工作臺(tái)x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)為0-200mm行程，當(dāng)下層y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)處在不同的行程內(nèi)，即是下層的y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)不同的空間位置對(duì)上層的x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)定位誤差的影響，改變下層y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)不同的行程，其余不變，用激光干涉儀測(cè)得y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)在不同空間位置對(duì)上層x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)定位誤差數(shù)據(jù)。

21、s4:加載不同切削力時(shí)，改變其加載的位置，其余不變

22、分別在工作臺(tái)上施加不同的切削力作用點(diǎn)位置，用激光干涉儀測(cè)得不同切削力作用點(diǎn)對(duì)上層x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)定位誤差數(shù)據(jù)。

23、在測(cè)量中為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)量。最后，將取這三次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值作為該點(diǎn)的最終動(dòng)態(tài)誤差值，以有效減少隨機(jī)誤差的影響。

24、本發(fā)明中，所提出的三維切削力作用下的機(jī)床工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，固定滑輪的巧妙設(shè)計(jì)加上整套實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬真實(shí)環(huán)境中機(jī)床所受的三維空間切削力，實(shí)現(xiàn)機(jī)床在受到三維切削力時(shí)對(duì)工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位誤差的直接測(cè)量。可以提高工作臺(tái)的定位精度進(jìn)一步提高加工精度。

25、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。